KR101734076B1 - Tidal current-pumped storage hybrid power generation - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 조류에너지를 이용한 양수 발전 융합시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 연안의 조류에너지를 이용한 해수양수, 발전, 담수화 및 어류양식이 융합된 시스템을 구축하여 삼면이 바다로 둘러싸인 대한민국의 풍부한 해양에너지 자원을 다목적으로 활용 가능하도록 이루어지는 조류에너지를 이용한 양수 발전 융합시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a pumped-water power generation convergence system using algae energy, and more particularly, to a system and method for constructing a system that combines seawater pumping, power generation, desalination and fish culture using coastal algae energy, And a pumped water power generation convergence system using algae energy that can be utilized for multipurpose utilization of offshore energy resources.
조류에너지는 연안에 근접하여 부존되어 있으며, 연안에서는 대한민국 공개특허공보 제2013-0016782호, 제2012-0075253호에 개시된 바와 같이 주로 회전식 또는 진동식 수차를 통해 조류발전을 하는 방법으로 이용되고 있다. 조류발전은 댐을 건설할 필요가 없어서 비용부담이 작은 장점이 있으나, 조류의 흐름이 빠른 해역에만 설치가능하고 조류의 속도변화에 따라 발전량의 변동이 큰 단점이 있어 아직까지는 상용화에 어려움이 있다. The tidal energy is present near the coast and is used as a method of generating tidal current mainly through rotary or vibratory aberration as disclosed in Korean Patent Laid-Open Publication Nos. 2013-0016782 and 2012-0075253. Algae power generation has the advantage of low cost because it does not need to construct a dam, but it is difficult to commercialize it because it has a disadvantage that it can be installed only in a fast sea area and fluctuates according to the speed of the algae.
조류에너지를 연안에서 이용하는 방법에는 유럽 등록특허공보 제1979610호에 개시된 바와 같이 양수용도도 있다. The method of using the algae energy in the coastal area is as described in European Patent Registration No. 1979610 for pumping purposes.
그러나 유럽 등록특허공보 제1979610호는 조류의 유동에너지에 의해 프로펠러 형태의 회전수단을 회전시켜 양수장치를 구동함에 따라, 프로펠러 형태의 회전수단이 완전히 잠기는 충분한 수심이 요구되므로 해안가나 수중구조물에 가깝게 설치하기가 어려우며, 양수장치가 수중에 잠기는 형태로 설치됨에 따라 양수장치의 높은 수밀성이 요구되고 설치되더라도 수중에 설치된 양수장치를 유지관리하기 어려운 문제가 있었다. However, in European Patent Registration No. 1979610, since propeller-type rotating means is driven by the flow energy of a bird to drive a pumping device, sufficient depth of the propeller-type rotating means is required to be fully locked, It is difficult to maintain the water pump installed in the water even if the water pump is installed in a form in which the water pump is immersed in water.
따라서 아직까지 조류에너지를 이용한 발전 및 양수는 대부분 단편적인 시험가동단계를 벗어나지 못하고 있다. 세계 각국은 화석연료를 대체하고 기후변화 문제에 적극적으로 대응하기 위해 신재생에너지 개발에 힘을 쏟고 있다. 삼면이 바다로 둘러싸인 우리나라는 풍부한 해양에너지 자원을 가지므로, 조류에너지를 다각적으로 이용할 수 있는 방안의 제시가 절실히 요구된다. So far, the generation and pumping using algae energy has not been able to escape the stage of fragmentary test operation. Countries around the world are focusing their efforts on developing renewable energy to replace fossil fuels and actively respond to climate change issues. Korea, which is surrounded by sea on three sides, has abundant marine energy resources, and it is urgently required to present a plan to utilize algae energy in various ways.
본 발명의 목적은, 연안의 조류에너지를 이용한 양수, 발전, 담수화 및 어류양식이 융합된 시스템을 구축하여 삼면이 바다로 둘러싸인 대한민국의 풍부한 해양에너지 자원을 다목적으로 활용 가능하도록 이루어지는 조류에너지를 이용한 양수 발전 융합시스템을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a system in which amalgamated water, power generation, desalination and fish culture are combined using coastal algae energy and amalgamation using algae energy that enables the utilization of abundant marine energy resources of the Republic of Korea, Power convergence system.
또한, 양수장치의 작동에 필요한 동력원의 공급이 최소화되고, 양수된 물이 저장조를 향해 관로를 따라 흐르는 과정에서 손실 수두(loss of head)가 최소화되도록 이루어지는 조류에너지를 이용한 양수 발전 융합시스템을 제공하는 것이다.The present invention also provides a pumped water power generation convergence system using algae energy that minimizes supply of a power source necessary for operation of the pumping system and minimizes loss of head in the process that the pumped water flows along the pipeline toward the reservoir will be.
또한, 양수장치에 있어 유동에너지에 의해 양력을 형성하는 최소한의 구성만이 유체 내부에 배치되면서도, 비나 바람의 간섭에 의한 양수효율의 감소가 방지되도록 이루어지는 조류에너지를 이용한 양수 발전 융합시스템을 제공하는 것이다.Further, there is provided a pumped-water power generation convergence system using algae energy, which is disposed in the fluid and which minimizes a decrease in the amniotic efficiency due to rain or wind interference in the pumping system, will be.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 바다 연안에 설치되고, 유체의 유동에너지를 기계에너지로 변환하여 해수를 양수하는 양수장치; 상기 양수장치로 양수된 해수를 사용하여 어류를 양식하는 양식장치; 상기 양식장치로부터 배수된 해수의 위치에너지를 기계에너지로 변환하여 발전하는 발전장치; 및 상기 발전장치의 전력에 의해 작동하고, 상기 양수장치로 양수된 해수를 담수화하는 담수화장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 조류에너지를 이용한 양수 발전 융합시스템에 의하여 달성된다.According to the present invention, the above object can be accomplished by a pumping device installed on the sea coast and converting the flow energy of the fluid into mechanical energy to pump seawater; Aquaculture apparatus for the production of fish using seawater pumped into the pumping system; A power generator for converting the position energy of the seawater drained from the aquaculture apparatus into mechanical energy and generating electricity; And a desalination device operated by the power of the power generation device and desalinating the seawater pumped into the pumped-water generation device.
상기 양식장치는, 상기 양수장치로 양수된 해수를 저장하는 저장조; 지하수를 양수하여 상기 저장조로 공급하는 보조양수기; 및 상기 저장조에서 혼합된 해수와 지하수가 공급되어 물고기를 사육하는 사육조를 포함하여 이루어질 수 있다.The aquaculture apparatus comprises: a reservoir for storing seawater pumped into the pumping system; An auxiliary water pump for supplying the ground water to the storage tank; And a breeding tank for breeding fish supplied with mixed seawater and groundwater in the storage tank.
상기 양수장치는 육상에서 바다로 돌출된 잔교(pier)에 설치되고, 공급관을 통해 상기 저장조로 양수된 해수를 공급하도록 이루어질 수 있다.The water pumping device may be installed on a pier projecting from the sea to the sea, and may be configured to supply seawater pumped to the storage tank through a supply pipe.
상기 양수장치는, 유체 내에 배치되어 유체의 유동에너지에 의해 양력을 형성하는 제1 윙부재; 상기 제1 윙부재에 형성되는 양력의 방향이 주기적으로 전환되도록, 상기 제1 윙부재를 왕복회전시키는 제1 회전수단; 상기 제1 윙부재가 회전가능하게 결합되고, 상기 제1 윙부재의 양력에 의해 제1 회전중심축을 중심으로 왕복회전하는 제1 암; 및 상기 제1 암과 제1 커넥팅로드로 연결된 제1 피스톤의 왕복이동에 의해 내부압력이 주기적으로 증감하여 해수가 유입되고 유출되는 제1 실린더를 포함하여 이루어질 수 있다.The pumping apparatus includes: a first wing member disposed in the fluid and forming lift by the flow energy of the fluid; First rotating means for reciprocally rotating the first wing member such that the direction of lifting force formed on the first wing member is periodically switched; A first arm rotatably coupled to the first wing member and reciprocatingly rotated about a first rotation center axis by lift of the first wing member; And a first cylinder through which the internal pressure is periodically increased or decreased by the reciprocating motion of the first piston connected to the first arm and the first connecting rod to allow the seawater to flow in and out.
상기 제1 윙부재의 회전축은 세로방향으로 형성되어 유체 바깥으로 연장되고, 상기 제1 암은 유체 바깥에서 상기 제1 윙부재의 회전축과 회전가능하게 결합되도록 이루어질 수 있다.The rotation axis of the first wing member is formed in the longitudinal direction and extends out of the fluid, and the first arm may be configured to be rotatably coupled to the rotation axis of the first wing member outside the fluid.
상기 제1 실린더 및 상기 제1 커넥팅로드는 각각 한 쌍으로 구비되고, 상기 제1 커넥팅로드는, 상기 제1 실린더 간 내부압력 증감이 서로 역전되도록 상기 제1 회전중심축을 기준으로 양쪽에서 각각 상기 제1 암과 회전가능하게 결합되며, 상기 제1 실린더로부터 각각 유출되어 주관(主管)에서 합쳐진 해수는 상기 주관에서 연속적인 흐름을 형성하도록 이루어질 수 있다.Wherein the first connecting rod and the second connecting rod are arranged in a pair such that the first cylinder and the first connecting rod are disposed on both sides with respect to the first rotational center axis so that the first inter- And the seawater discharged from the first cylinder and merged in the main pipe can be made to form a continuous flow in the main pipe.
상기 제1 실린더는, 상기 제1 피스톤이 왕복이동하는 몸체; 상기 몸체와 연결되고, 상기 제1 실린더의 내부압력 증가시 해수의 유출을 차단하는 제1 체크밸브가 설치된 유입부; 및 상기 몸체와 연결되고, 상기 제1 실린더의 내부압력 감소시 해수의 유입을 차단하는 제2 체크밸브가 설치된 유출부를 포함하여 이루어질 수 있다.The first cylinder includes: a body through which the first piston reciprocates; An inflow portion connected to the body and provided with a first check valve for blocking the outflow of seawater when the internal pressure of the first cylinder is increased; And an outlet connected to the body and provided with a second check valve for blocking inflow of seawater when the internal pressure of the first cylinder is reduced.
유체 내에 배치되어 유체의 유동에너지에 의해 양력을 형성하는 제2 윙부재; 상기 제2 윙부재에 형성되는 양력의 방향이 주기적으로 전환되도록, 상기 제2 윙부재를 왕복회전시키는 제2 회전수단; 상기 제2 윙부재가 회전가능하게 결합되고, 상기 제2 윙부재의 양력에 의해 제2 회전중심축을 중심으로 왕복회전하는 제2 암; 및 상기 제2 암과 제2 커넥팅로드로 연결된 제2 피스톤의 왕복이동에 의해 내부압력이 주기적으로 증감하여 해수가 유입되고 유출되는 제2 실린더를 포함하고, 상기 제1 암과 상기 제2 암은, 서로 일정한 위상차를 유지하며 왕복회전하도록 이루어질 수 있다.A second wing member disposed in the fluid and forming lift by the flow energy of the fluid; Second rotating means for reciprocatingly rotating the second wing member such that the direction of lifting force formed on the second wing member is periodically switched; A second arm rotatably coupled to the second wing member and reciprocatingly rotated about a second rotation center axis by lift of the second wing member; And a second cylinder through which the internal pressure is periodically increased or decreased by the reciprocating motion of the second piston connected to the second arm and the second connecting rod to allow the seawater to flow in and out, , And can be made to reciprocally rotate while maintaining a constant phase difference from each other.
상기 제1 암의 회전력을 상기 제2 윙부재의 회전축으로 전달하는 제1 연동유닛; 및 상기 제2 암의 회전력을 상기 제1 윙부재의 회전축으로 전달하는 제2 연동유닛을 포함하고, 상기 제1 암과 상기 제2 암은, 상기 제1 연동유닛과 상기 제2 연동유닛에 의해 서로 일정한 위상차를 유지하며 왕복회전하도록 이루어질 수 있다.A first interlocking unit for transmitting the rotational force of the first arm to a rotation axis of the second wing member; And a second interlocking unit for transmitting the rotational force of the second arm to the rotation axis of the first wing member, wherein the first arm and the second arm are connected by the first interlocking unit and the second interlocking unit And can be made to reciprocally rotate while maintaining a constant phase difference from each other.
상기 제2 실린더 및 상기 제2 커넥팅로드는 각각 한 쌍으로 구비되고, 상기 제2 커넥팅로드는, 상기 제2 실린더 간 내부압력 증감이 서로 역전되도록 상기 제2 회전중심축을 기준으로 양쪽에서 각각 상기 제2 암과 회전가능하게 결합되며, 상기 제1 실린더 및 상기 제2 실린더로부터 각각 유출되어 주관(主管)에서 합쳐진 해수는, 상기 주관에서 연속적인 흐름을 형성하도록 이루어질 수 있다.Wherein the second connecting rod is provided with a pair of second cylinders and the second connecting rod, and the second connecting rod is disposed on both sides of the second rotating center axis with respect to the second rotating center axis so that the second inter- And the seawater discharged from the first cylinder and the second cylinder and merged in the main pipe can be made to form a continuous flow in the main pipe.
상기 제1 연동유닛은, 상기 제1 회전중심축에 결합되어 상기 제1 암에 의해 왕복회전하는 제1-1 회전부재; 상기 제2 회전중심축에 공회전가능하게 결합되고, 상기 제1-1 회전부재와 연동하여 회전하는 제1-2 회전부재; 및 상기 제2 윙부재의 회전축에 결합되고, 상기 제1-2 회전부재와 연동하여 회전하는 제1-3 회전부재를 포함하고, 상기 제2 연동유닛은, 상기 제2 회전중심축에 결합되어 상기 제2 암에 의해 왕복회전하는 제2-1 회전부재; 상기 제1 회전중심축에 공회전가능하게 결합되고, 상기 제2-1 회전부재와 연동하여 회전하는 제2-2 회전부재; 및 상기 제1 윙부재의 회전축에 결합되고, 상기 제2-2 회전부재와 연동하여 회전하는 제2-3 회전부재를 포함하여 이루어질 수 있다.The first interlocking unit includes a first rotating member coupled to the first rotating center shaft and reciprocatingly rotated by the first arm; A first-second rotating member coupled to the second rotating center shaft so as to idle and rotating in association with the first-rotating member; And a first-third rotating member coupled to a rotating shaft of the second wing member and rotating in association with the first-second rotating member, wherein the second interlocking unit is coupled to the second rotating center shaft A second-1 rotating member reciprocatingly rotated by the second arm; A second-2 rotatable member coupled to the first rotation center shaft so as to be idle and rotated in association with the second-1 rotatable member; And a second-third rotating member coupled to a rotating shaft of the first wing member and rotating in association with the second-second rotating member.
본 발명에 의하면, 연안지역에 양수장치, 양식장치, 발전장치 및 담수화장치가 순차적으로 연계하여 작동하는 시설을 마련함으로써, 연안의 조류에너지를 이용한 해수양수, 발전, 담수 및 어류양식이 융합된 시스템을 구축하여 삼면이 바다로 둘러싸인 대한민국의 풍부한 해양에너지 자원을 다목적으로 활용 가능하도록 이루어지는 조류에너지를 이용한 양수 발전 융합시스템을 제공할 수 있게 된다.According to the present invention, by providing a facility in which a pumping device, an aquaculture device, a generating device, and a desalination device sequentially operate in conjunction with a coastal area, a system in which seawater is pumped, To provide a pumped water power generation convergence system using algae energy that can utilize the abundant marine energy resources of the Republic of Korea surrounded by the sea on three sides in a multipurpose manner.
또한, 연동유닛이 한쪽 암의 회전력을 다른 한쪽 윙부재의 회전축으로 전달함으로써, 양수장치의 작동에 필요한 동력원의 공급이 최소화되도록 이루어지는 조류에너지를 이용한 양수 발전 융합시스템을 제공할 수 있게 된다.Further, it is possible to provide a pumped power generation convergence system using algae energy, in which the interlocking unit transmits the rotation force of one arm to the rotation axis of the other wing member, so that the supply of the power source necessary for operation of the pumping system is minimized.
또한, 한 쌍의 제1 커넥팅로드가 제1 회전중심축을 기준으로 양쪽에서 각각 제1 암과 회전가능하게 결합됨에 따라, 양수된 물이 저장조를 향해 관로를 따라 흐르는 과정에서 손실 수두(loss of head)가 최소화되도록 이루어지는 조류에너지를 이용한 양수 발전 융합시스템을 제공할 수 있게 된다.Further, as the pair of first connecting rods are rotatably coupled with the first arm on both sides with respect to the first rotational center axis, in the course of the flow of the pumped water along the pipeline toward the reservoir, the loss of head Can be minimized by using the tidal energy.
또한, 제1 윙부재의 회전축은 유체 바깥에서 제1 암과 회전가능하게 결함됨으로써, 양수장치에 있어 유동에너지에 의해 양력을 형성하는 최소한의 구성만이 유체 내부에 배치되면서도, 비나 바람의 간섭에 의한 양수효율의 감소가 방지되도록 이루어지는 조류에너지를 이용한 양수 발전 융합시스템을 제공할 수 있게 된다.In addition, since the rotation axis of the first wing member is rotatably deflected from the first arm outside the fluid, only the minimum configuration for generating lift by the flow energy in the pumping device is disposed inside the fluid, It is possible to provide a pumped-water power generation convergence system using algae energy which is made to prevent decrease in the water-pumping efficiency caused by the pumping energy.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 조류에너지를 이용한 양수 발전 융합시스템을 나타내는 도면.
도 2는 도 1의 조류에너지를 이용한 양수 발전 융합시스템의 왕복회전식 양수장치를 나타내는 사시도.
도 3은 도 2의 왕복회전식 양수장치를 나타내는 측면도.
도 4는 도 2의 왕복회전식 양수장치를 나타내는 평면도.
도 5는 도 2의 왕복회전식 양수장치의 제1 실린더를 나타내는 도면.
도 6은 도 4의 왕복회전식 양수장치의 주기 내 작동을 나타내는 흐름도.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 조류에너지를 이용한 양수 발전 융합시스템의 왕복회전식 양수장치를 나타내는 도면.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a diagram illustrating a pumped power generation convergence system using algae energy according to an embodiment of the present invention. FIG.
FIG. 2 is a perspective view showing a reciprocating rotary pump of a pumped-water power generation convergence system using the tidal energy of FIG. 1;
3 is a side view of the reciprocating rotary pump of FIG. 2;
4 is a plan view showing the reciprocating rotary pump of FIG. 2;
5 is a view showing a first cylinder of the reciprocating rotary pump of FIG. 2;
Fig. 6 is a flow chart showing the operation in the cycle of the reciprocating rotary pump of Fig. 4; Fig.
7 is a view showing a reciprocating rotary pump of a pumped-water power generation convergence system using algae energy according to another embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세하게 설명하면 다음과 같다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 이미 공지된 기능 혹은 구성에 대한 설명은, 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description of the present invention, the well-known functions or constructions are not described in order to simplify the gist of the present invention.
본 발명의 조류에너지를 이용한 양수 발전 융합시스템은, 연안의 조류에너지를 이용한 해수양수, 발전, 담수 및 어류양식이 융합된 시스템을 구축하여 삼면이 바다로 둘러싸인 대한민국의 풍부한 해양에너지 자원을 다목적으로 활용 가능하도록 이루어진다.The pumped power generation convergence system using the tidal energy of the present invention is constructed by combining the seawater pumping power, the power generation, the fresh water and the fish culture system using the tidal current energy of the coast, and utilizing the abundant marine energy resources of the Republic of Korea .
또한, 본 발명의 조류에너지를 이용한 양수 발전 융합시스템은, 양수장치의 작동에 필요한 동력원의 공급이 최소화되고, 양수된 물이 저장조를 향해 관로를 따라 흐르는 과정에서 손실 수두(loss of head)가 최소화되도록 이루어진다.In addition, the pumped power generation fusion system using the algae energy of the present invention minimizes the loss of head in the process of supplying the power source necessary for the operation of the pumping system and flowing the pumped water along the pipeline toward the storage tank .
또한, 본 발명의 조류에너지를 이용한 양수 발전 융합시스템은, 양수장치에 있어 유동에너지에 의해 양력을 형성하는 최소한의 구성만이 유체 내부에 배치되면서도, 비나 바람의 간섭에 의한 양수효율의 감소가 방지되도록 이루어진다.Further, in the pumped-water power generation fusion system using the algae energy of the present invention, in the pumping system, only the minimum configuration for forming the lift by the flow energy is disposed inside the fluid, and the decrease in the ampholytic efficiency due to rain or wind interference is prevented .
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 조류에너지를 이용한 양수 발전 융합시스템을 나타내는 도면, 도 2는 도 1의 조류에너지를 이용한 양수 발전 융합시스템의 왕복회전식 양수장치를 나타내는 사시도, 도 3은 도 2의 왕복회전식 양수장치를 나타내는 측면도, 도 4는 도 2의 왕복회전식 양수장치를 나타내는 평면도, 도 5는 도 2의 왕복회전식 양수장치의 제1 실린더를 나타내는 도면, 도 6은 도 4의 왕복회전식 양수장치의 주기 내 작동을 나타내는 흐름도, 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 조류에너지를 이용한 양수 발전 융합시스템의 왕복회전식 양수장치를 나타내는 도면.FIG. 1 is a perspective view of a pumped power generation fusion system using algae energy according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a perspective view showing a reciprocating rotary pump system of a pumped- 2 is a plan view of the reciprocating rotary pump system of Fig. 2, Fig. 5 is a view of the first cylinder of the reciprocating rotary pump system of Fig. 2, Fig. 6 is a side view of the reciprocating rotary pump system of Fig. FIG. 7 is a view showing a reciprocating rotary pump of a pumped-water power generation convergence system using algae energy according to another embodiment of the present invention. FIG.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 조류에너지를 이용한 양수 발전 융합시스템(1)은, 연안의 조류에너지를 이용한 해수양수, 발전, 담수 및 어류양식이 융합된 시스템을 구축하여 삼면이 바다로 둘러싸인 대한민국의 풍부한 해양에너지 자원을 다목적으로 활용 가능하도록 이루어지며, 양수장치(10), 양식장치(20), 발전장치(30) 및 담수화장치(40)를 포함하여 구성된다. As shown in FIG. 1, the amphibious pumped power
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 양수장치(10)는 바다 연안에 설치되고 유체의 유동에너지를 기계에너지로 변환하여 해수를 양수하는 구성으로서, 육상에서 바다로 돌출된 잔교(11, pier)에 설치된다. As shown in Figs. 1 and 2, the
잔교(11)는 한쪽 끝이 육지에 고정되고 다른 끝은 받쳐지지 않은 상태로 바다를 향해 돌출된 외팔보(cantilever) 타입으로 구비된다. 양수장치(10)에 의해 양수된 해수가 양식장치(20)로 이동하는 공급관(T1)은 잔교(11)의 외팔보에 결합된다. The
본 발명의 일 실시예에서 양수장치(10)는 유체의 유동에너지에 의해 수직축을 기준으로 왕복회전하는 타입으로 이루어진다. 그러나 연안의 지형, 조류의 속도 등 해양조건에 따라 수평축 회전 또는 진동 방식 등 공지된 양수장치가 단독 또는 복합으로 설치될 수도 있다. 양수장치(10)에 관한 자세한 설명은 양식장치(20), 발전장치(30) 및 담수화장치(40)의 설명 이후에 개시하기로 한다. In one embodiment of the present invention, the
도 1에 도시된 바와 같이, 양식장치(20)는 양수장치(10)로 양수된 해수를 사용하여 어류를 양식하는 구성으로서, 저장조(21), 보조양수기(22) 및 사육조(23)를 포함하여 구성된다. 1, the
저장조(21)는 양수장치(10)로 양수된 해수를 저장하는 구성으로서, 양수된 해수를 충분히 저장할 수 있는 저수 용량(storage capacity)을 갖도록 건설된다. 저수 용량은 양수장치(10)의 양수 용량(pumping capacity), 사육조(23)의 사육량, 발전기(31)의 발전용량과 연계하여 선정될 수 있다. The
본 발명의 양수 발전 융합시스템(1)은 양수된 해수를 사용하여 어류를 사육하거나 담수화장치(40)를 통해 식수로서 사용한 후 전기에너지의 생산까지 도모하는 일체화된 연계생산시스템으로서, 양수된 해수를 연계시스템 내에서 복합적으로 이용할 수 있으므로 해안에 기반을 둔 지역의 경제활성화 및 도서지역 지원을 도모할 수 있게 된다. The pumped storage power generation convergence system (1) of the present invention is an integrated cascade production system for raising fish using pumped seawater or using water as drinking water through a desalination device (40) to produce electric energy. The system can be used in a complex way within the linkage system, thus enabling the economic activation of the coastal area and the support of the island area.
후술할 발전장치(30)는 양수된 해수의 위치에너지를 전기에너지로 변환하며, 따라서 저장조(21)는 양수장치(10)보다 충분히 높은 위치에 설치된다. The
도 1에 도시된 바와 같이, 저장조(21)에는 해수담수화 설비인 담수화장치(40)가 설치될 수 있다. As shown in FIG. 1, a
해수담수화(海水淡水化)란 생활용수나 공업용수로 직접 사용하기 힘든 바닷물로부터 염분을 포함한 용해물질을 제거하여 순도 높은 음용수 및 생활용수, 공업용수 등을 얻어내는 일련의 수처리 과정을 말한다. 해수탈염(海水脫鹽)이라고도 하며, 해수를 담수로 생산하는데 사용되는 설비를 해수담수화 설비라고 한다. Seawater desalination refers to a series of water treatment processes that remove high-purity drinking water, domestic water, and industrial water by removing dissolved substances including salt from living waters or industrial waters, which are difficult to use directly. It is also called seawater desalination, and the equipment used to produce seawater in fresh water is called seawater desalination.
저장조(21)에 담수화장치(40)가 설치되면, 저장조(21)의 물을 음용수, 생활용수 또는 공업용수로 변환하여 배출관(T3)을 통해 인근 지역주민에게 공급하게 된다. When the
따라서 본 발명의 양수 발전 융합시스템(1)을 상수도의 접근이 제한된 산간지역이나 섬지역에 건설하면, 일체화된 시스템 내에서 어류양식, 전기공급뿐만 아니라 음용수 및 생활용수, 공업용수 부족 문제를 동시에 해결할 수 있게 된다. 또한, 해수담수화 중 필요한 전기는 발전장치(30)에서 공급받을 수 있어 독립적인 시스템이 될 수 있다. Therefore, if the pumped storage power convergence system (1) of the present invention is constructed in an inter-mountainous region or an island region with limited water access, it is possible to simultaneously solve the problems of drinking water, domestic water and industrial water, . In addition, electricity required during the desalination of the seawater can be supplied from the
도 1에 도시된 바와 같이, 보조양수기(22)는 지하수를 양수하여 저장조(21)로 공급하는 구성으로서, 여기서 지하수는 지하담수 및 지하해수를 포함한다. As shown in FIG. 1, the
우리나라 해안변 육상 해수양식장은 해수를 직접 취수하여 운영하고 있어 적조, 이상해류 발생 및 사고 선박의 기름유출 등으로 매년 피해가 빈발할 뿐만 아니라 동절기와 하절기 온도 유지를 위한 가온 및 냉온에 필요한 유류비, 전기료 등의 막대한 유지비용이 필요하다. The coastal aquaculture seawater farms in Korea are operated by taking seawater directly, which causes frequent damages every year due to red tides, abnormal currents, oil spills, and the like. A large maintenance cost is required.
지하해수는 동절기 수온이 대략 15℃ 정도로 일정한 것으로 보고되고 있다. 따라서 지하해수를 양수하여 양수장치(10)에 의해 양수된 해수와 함께 사육조(23)에 공급할 경우 동절기와 하절기에 사육조(23)의 온도 유지를 위한 가온 및 냉온에 필요한 유류비, 전기료 등의 막대한 유지비용을 큰 폭으로 줄일 수 있는 이점이 있다. Underground seawater is reported to have a constant water temperature of about 15 ℃ in winter. Therefore, when the underground seawater is pumped and supplied to the
한편, 보조양수기(22)로 지하담수를 양수하여 음용수 및 생활용수, 공업용수로 사용하게 되면, 해수담수화 설비의 소형화 및 유지비용의 절감을 기대할 수 있다. 또한, 보조양수기(22)가 필요한 전기를 발전장치(30)에서 공급받을 수 있어 독립적인 시스템이 될 수 있다. On the other hand, if the underground fresh water is pumped to the
도 1에 도시된 바와 같이, 사육조(23)는 물고기를 사육하는 구성으로서, 저장조(21)에서 혼합된 해수와 지하해수가 공급된다. 지하해수의 공급으로 인해 사육조(23)의 온도가 17~18℃ 정도로 일정하게 유지되면, 냉수성 어종인 광어나 송어의 사육환경을 좋게 유지할 수 있다. As shown in Fig. 1, the
저장조(21)의 청정한 해수는 사육조(23)로 지속적으로 투입되며, 이에 따라 사육조(23)에서 물고기를 사육하는 물은 수질 및 온도에 있어 최상의 상태로 유지된다. 사육조(23)에서 배수된 물은 배수관(T2)을 통해 발전장치(30) 측으로 배출된다. The clean seawater in the
도 1에 도시된 바와 같이, 발전장치(30)는 양식장치(20)로부터 배수된 해수의 위치에너지를 기계에너지로 변환하여 발전하는 구성으로서, 양식장치(20)보다 낮은 해안가에 설치된다. As shown in Fig. 1, the
발전장치(30)는 발전기(31), 수차(32) 및 전력변환기(33)를 포함한다. 양식장치(20)에서 배수관(T2)을 통해 배수된 해수는 수차(32)를 회전시켜 전력을 생산하는데에 사용된 후 바로 바다로 배수된다. 발전기(31)에서 생산된 전력은 전력변환기(33)를 거쳐 전선을 통해 산간지역이나 섬지역의 가정집, 공장 등으로 공급된다. The
아래에서는 양수장치(이하 '왕복회전식 양수장치'라 함)에 대한 자세한 설명을 개시하기로 한다. In the following, a detailed description of a pumping device (hereinafter referred to as a " reciprocating pumping device ") will be described.
도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 왕복회전식 양수장치(10)는, 작동에 필요한 동력원의 공급이 최소화되고 유동에너지에 의해 양력을 형성하는 최소한의 구성만이 유체 내부에 배치되도록 이루어지며, 제1 양수유닛(100), 제2 양수유닛(200), 제1 연동유닛(300) 및 제2 연동유닛(400)을 포함하여 구성된다. As shown in Figs. 2 to 4, the
제1 양수유닛(100)과 제2 양수유닛(200)은 각각 독립적으로 유체의 유동에너지를 이용하여 해수를 양수하도록 이루어지며, 제1 연동유닛(300) 및 제2 연동유닛(400)에 의해 서로 회전력이 전달된다. 따라서, 제1 양수유닛(100) 및 제2 양수유닛(200)은 제1 연동유닛(300) 및 제2 연동유닛(400)이 미설치된 경우에도 각각 해수를 양수할 수 있으며, 제1 양수유닛(100)만 따로 설치될 수도 있다. L은 조류의 흐름방향을 나타낸다. The first
도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 양수유닛(100)은 제1 윙부재(110), 제1 회전수단(120), 제1 암(130) 및 제1 실린더(140)를 포함하여 구성된다. 2 to 4, the first
제1 윙부재(110)는 수표면 아래에 배치되어 조류의 유동에너지에 의해 양력을 형성하는 구성으로서, 대략 날개(wing) 형상을 하고 있으며 평면도(도 4 참조) 상에서 보면 유선형이다. The
제1 윙부재(110)의 전단부는 평면도(도 4 참조) 상에서 후단부보다 더 두꺼우며, 제1 윙부재(110)는 전단부 쪽에서 후단부 쪽으로 조류가 흐르도록 배치된다. 다시 말해서 조류의 흐름을 기준으로 전단부는 후단부보다 상류에 배치된다. The front end portion of the
제1 윙부재(110)의 회전축(111)은 세로방향으로 형성되어 유체 바깥으로 연장된다. The
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 회전수단(120)은 제1 윙부재(110)를 왕복회전시키는 구성으로서, 제어부(미도시)에 의해 양방향으로 회전하는 모터로 구비된다. As shown in FIGS. 2 and 3, the first
제1 회전수단(120)은 제1 암(130)의 단부에 결합된 상태에서 제1 윙부재(110)의 회전축(111)에 주기적인 양방향 회전력을 전달하게 된다. 제1 회전수단(120)의 회전축은 제1 윙부재(110)의 회전축(111)에 직접 연결될 수도 있고, 기어나 풀리에 의해 회전력이 전달될 수도 있다. The first
도 3에 도시된 바와 같이, 제1 회전수단(120)은 수면위에서 제1 윙부재(110)의 회전축(111)을 회전시키게 된다. 제1 윙부재(110)는 제1 회전수단(120)에 의해 주기적으로 양방향으로 회전되며, 이에 따라 제1 윙부재(110)에 형성되는 양력의 방향이 주기적으로 전환된다. As shown in FIG. 3, the first
제1 암(130)은 제1 윙부재(110)의 양력에 의해 제1 회전중심축(A1)을 중심으로 왕복회전하는 구성으로서, 긴 바(bar) 형태로 형성된다. 제1 암(130)은 유체 바깥에 구비되며, 그 단부에 제1 윙부재(110)의 회전축(111)이 회전가능하게 결합된다. The
제1 회전중심축(A1)은 세로방향의 축으로서, 고정된 물체에 회전가능하게 설치된다. 도 2 내지 도 4에서 고정된 물체는 제1 플레이트(W1) 및 제2 플레이트(W2)로 도시되었다. 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 플레이트(W1) 및 제2 플레이트(W2)는 양수장치(10)의 고정을 위해 해안가에 건설된 잔교(11)의 끝단에 결합된다. The first rotation center axis A1 is a longitudinal axis and is rotatably installed on a fixed object. 2 to 4, the fixed object is shown as a first plate W1 and a second plate W2. As shown in Fig. 2, the first plate W1 and the second plate W2 are coupled to the end of a
도 5에 도시된 바와 같이, 제1 실린더(140)는 제1 피스톤(144)의 왕복이동에 의한 내부압력의 주기적인 증감에 의해 유체가 유입되고 유출되는 구성으로서, 제1 피스톤(144)은 제1 커넥팅로드(R1)에 의해 제1 암(130)과 연결된다. As shown in FIG. 5, the
도 4 및 도 5를 참조하면, 제1 암(130)은 세로방향의 제1 회전중심축(A1)을 중심으로 수평 방향으로 회전되며, 제1 피스톤(144)은 제1 회전중심축(A1)과 직각방향 즉, 수평 방향으로 왕복이동을 하게 된다. 4 and 5, the
제1 커넥팅로드(R1)는 제1 암(130)의 회전운동을 피스톤의 왕복운동으로 전환시키는 구성으로서, 양단부가 각각 제1 암(130)과 제1 피스톤(144)에 회전가능하게 연결된다. The first connecting rod Rl is configured to convert the rotational motion of the
제1 커넥팅 로드는 제1 암(130)의 회전시 제1 피스톤(144)에 연결된 부분을 축으로 진자(振子)처럼 좌우로 흔들리면서 전체가 상하로 움직이며 제1 암(130)의 회전운동을 피스톤의 왕복운동으로 전환시키게 된다. The first connecting rod is moved up and down as the pendulum is swung to the left and right as the pendulum is connected to the
도 5에 도시된 바와 같이, 제1 실린더(140)는 몸체(141), 유입부(142) 및 유출부(143)를 포함하여 구성된다. As shown in FIG. 5, the
몸체(141)는 실린더 형태로 형성되며, 내부에서 제1 피스톤(144)이 왕복이동하여 내부압력이 증가하거나 감소하게 된다. The
도 5(a)에 도시된 바와 같이, 제1 피스톤(144)이 제1 커넥팅로드(R1) 쪽으로 이동하면 몸체(141) 내부의 압력이 감소하고, 도 5(b)에 도시된 바와 같이, 제1 피스톤(144)이 제1 커넥팅로드(R1)와 반대쪽으로 이동하면 몸체(141) 내부의 압력이 증가하게 된다. 5 (a), when the
몸체(141) 내부의 압력이 감소되면 해수는 유입부(142)를 통해 몸체(141) 내부로 유입되고, 몸체(141) 내부의 압력이 증가되면 해수는 유출부(143)를 통해 몸체(141) 외부로 유출된다. When the pressure inside the
유입부(142)의 내부에는 제1 체크밸브(C1)가 설치되고, 유출부(143)의 내부에는 제2 체크밸브(C2)가 설치된다. 제1 체크밸브(C1) 및 제2 체크밸브(C2)는 볼(ball)의 이동에 의해 해수가 이동하는 통로를 선택적으로 막도록 이루어진다. The first check valve C1 is installed in the
도 5(b)에 도시된 바와 같이, 제1 체크밸브(C1)는 몸체(141)의 내부압력이 증가할 때 유입부(142) 내부의 통로를 막음으로써 유입부(142)를 통한 해수의 유출을 차단하고, 도 5(a)에 도시된 바와 같이, 제2 체크밸브(C2)는 몸체(141)의 내부압력이 감소할 때 유출부(143) 내부의 통로를 막음으로써 유출부(143)를 통한 해수의 유입을 차단하게 된다. 5 (b), the first check valve C1 prevents the passage of the inside of the
도시되지는 않았으나, 유입부(142)의 유입구(G1)에는 해수가 이동하는 파이프 또는 호스(이하 '관로')의 일단부가 결합된다. 유입구(G1)와 연결된 관로의 타단부는 수면 아래에 위치하게 된다. Although not shown, one end of a pipe or a hose (hereinafter referred to as a 'channel') through which seawater moves is coupled to the inlet G1 of the
도시되지는 않았으나, 유출부(143)의 유출구(G2)에도 해수가 이동하는 관로의 일단부가 결합된다. 유출구(G2)와 연결된 관로의 타단부는 양수된 해수를 저장하는 저장조(21)로 연결된다. Although not shown, one end of the channel through which the seawater moves is also coupled to the outlet G2 of the
제1 피스톤(144)의 왕복운동에 의해 양수되는 해수는 저장조(21)로 이동하는 과정에서 제1 실린더(140) 내부의 압력증가시 관로의 내부에서 저장조(21)를 향해 이동하고 제1 실린더(140) 내부의 압력감소시 관로의 내부에서 정체된다. 이와 같은 물의 주기적인 정체는 관로 내 손실 수두(loss of head)를 증가시키는 원인이 되어 양수되는 물의 양이 감소될 수 있다. The seawater pumped by the reciprocating motion of the
도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 실린더(140) 및 제1 커넥팅로드(R1)는 각각 한 쌍으로 구비되고, 한 쌍의 제1 커넥팅로드(R1)는 제1 회전중심축(A1)을 기준으로 양쪽에서 제1 암(130)과 회전가능하게 결합될 수 있다. 그리고 도시되지는 않았으나, 한 쌍의 제1 실린더(140)로부터 유출구(G2)를 통해 각각 유출된 유체는 주관(主管)에서 합쳐져 저장조(21)로 이동하게 된다. 2 to 4, the
제1 커넥팅로드(R1)가 제1 회전중심축(A1)을 기준으로 양쪽에서 제1 암(130)과 각각 회전가능하게 결합되면, 제1 회전중심축(A1)을 기준으로 제1 커넥팅로드(R1)가 서로 반대쪽으로 이동하게 되며, 이에 따라 제1 커넥팅로드(R1)와 각각 연결된 제1 피스톤(144)의 왕복운동은 서로 2분의 1주기의 위상차를 형성하여 제1 실린더(140) 간 내부압력 증감은 서로 역전된다. When the first connecting
이에 따라, 한 쌍의 제1 실린더(140)로부터 유출구(G2)를 통해 각각 유출된 유체는 서로 2분의 1주기의 위상차를 형성하면서 주관에서 합쳐지게 되며, 주관에서 합쳐진 유체는 정체되지 않는 연속적인 흐름을 형성하게 된다. 연속적인 물의 흐름은 관로 내 손실 수두를 감소시켜 양수되는 물이 양이 증가하게 되는 이점이 있다. Accordingly, the fluids respectively flowing out from the pair of
도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 제2 양수유닛(200)은 조류의 흐름을 기준으로 제1 양수유닛(100)의 후방에 배치된다. As shown in Figs. 2 to 4, the second
조류의 흐름은 해수 내 가로세로 좌표에 따라 속도 및 방향에 차이가 있을 수 있는데, 흐름 앞쪽에 있는 제1 윙부재(110)가 뒤쪽 제2 윙부재(210)로 흐르는 조류의 흐름을 일부 간섭하기는 하지만, 제1 윙부재(110)에서 발생되는 와류에 의해 조류의 운동에너지가 늘어나도록 제2 윙부재(210)의 배치가 가능하고 혹은 윙부재의 크기를 조절하여, 제1 윙부재(110)와 제2 윙부재(210)에 형성되는 양력의 크기를 유사하게 맞출 수 있다. The flow of the algae may vary in speed and direction according to the ordinate of the seawater. The
도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 제2 양수유닛(200)은 제2 윙부재(210), 제2 회전수단(220), 제2 암(230) 및 제2 실린더(240)를 포함하여 구성된다. 2 to 4, the second
제2 윙부재(210)는 수표면 아래에 배치되어 조류의 유동에너지에 의해 양력을 형성하는 구성으로서, 대략 날개(wing) 형상을 하고 있으며 평면도(도 4 참조) 상에서 보면 유선형이다. The
제2 윙부재(210)의 전단부는 평면도(도 4 참조) 상에서 후단부보다 더 두꺼우며, 제2 윙부재(210)는 전단부 쪽에서 후단부 쪽으로 조류가 흐르도록 배치된다. The front end portion of the
제2 윙부재(210)의 회전축(211)은 세로방향으로 형성되어 유체 바깥으로 연장된다. The
도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 제2 양수유닛(200)은 제1 양수유닛(100)과 대칭된 형태로 구비되며, 실질적으로 제1 양수유닛(100)과 동일한 원리로 작동된다. 따라서, 제2 회전수단(220), 제2 암(230) 및 제2 실린더(240)의 자세한 설명은 제1 양수유닛(100)과 실질적으로 중복되므로 생략하고자 한다. As shown in FIGS. 2 to 4, the second
미설명된 부호 R2는 제2 커넥팅로드, 241은 제2 실린더(240)의 몸체, 242는 제2 실린더(240)의 유입부, 243은 제2 실린더(240)의 유출부이다. Reference numeral R2 is a second connecting rod, 241 is the body of the
도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 연동유닛(300)은 제1 암(130)의 회전력 일부를 제2 윙부재(210)의 회전축(211)으로 전달하기 위한 구성으로서, 제1-1 회전부재(P1), 제1-2 회전부재(P2), 제1-3 회전부재(P3) 및 제1-4 회전부재(P4)를 포함하여 구성된다. 2 to 4, the
제1-1 회전부재(P1)는 제1 회전중심축(A1)에 결합되어 제1 암(130)에 의해 왕복회전하고, 제1-2 회전부재(P2)는 제2 회전중심축(A2)에 공회전가능하게 결합된 상태에서 제1-1 회전부재(P1)와 밸트(B) 또는 체인으로 연결되어 제1-1 회전부재(P1)와 연동하여 회전한다. The first rotating member P1 is coupled to the first rotating center axis A1 and reciprocally rotated by the
제1-3 회전부재(P3)는 제1-2 회전부재(P2)와 결합되어 제1-2 회전부재(P2)의 회전력을 전달받으며, 제1-4 회전부재(P4)는 제2 윙부재(210)의 회전축(211)에 결합된 상태에서 제1-3 회전부재(P3)와 밸트(B) 또는 체인으로 연결되어 제1-3 회전부재(P3)와 연동하여 회전한다. The first-third rotating member P3 is coupled to the first-second rotating member P2 to receive the rotational force of the first-second rotating member P2, Is connected to the first-third rotating member P3 by a belt B or a chain and rotates in conjunction with the first-third rotating member P3 while being coupled to the
따라서, 제1 회전중심축(A1)의 회전력 일부는 제1-1 회전부재(P1), 제1-2 회전부재(P2), 제1-3 회전부재(P3) 및 제1-4 회전부재(P4)를 통해 제2 윙부재(210)의 회전축(211)으로 전달된다. Therefore, a part of the rotational force of the first rotational center axis A1 is transmitted to the first-first rotating member P1, the first-second rotating member P2, the first- And is transmitted to the
도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 제2 연동유닛(400)은 제2 암(230)의 회전력 일부를 제1 윙부재(110)의 회전축(111)으로 전달하기 위한 구성으로서, 제2-1 회전부재(P1), 제2-2 회전부재(P2), 제2-3 회전부재(P3) 및 제2-4 회전부재(P4)를 포함하여 구성된다. 2 to 4, the
제2-1 회전부재(P1)는 제2 회전중심축(A2)에 결합되어 제2 암(230)에 의해 왕복회전하고, 제2-2 회전부재(P2)는 제1 회전중심축(A1)에 공회전가능하게 결합된 상태에서 제2-1 회전부재(P1)와 밸트(B) 또는 체인으로 연결되어 제2-1 회전부재(P1)와 연동하여 회전한다. The second-first rotary member P1 is coupled to the second rotary center axis A2 and reciprocally rotated by the
제2-3 회전부재(P3)는 제2-2 회전부재(P2)와 결합되어 제2-2 회전부재(P2)의 회전력을 전달받으며, 제2-4 회전부재(P4)는 제1 윙부재(110)의 회전축(111)에 결합된 상태에서 제2-3 회전부재(P3)와 밸트(B) 또는 체인으로 연결되어 제2-3 회전부재(P3)와 연동하여 회전한다. The second-third rotating member P3 is coupled to the second-second rotating member P2 to receive the rotational force of the second-second rotating member P2, and the second- Is connected to the second to third rotary member P3 and the belt B or chain while being coupled to the
따라서, 제2 회전중심축(A2)의 회전력 일부는 제2-1 회전부재(P1), 제2-2 회전부재(P2), 제2-3 회전부재(P3) 및 제2-4 회전부재(P4)를 통해 제1 윙부재(110)의 회전축(111)으로 전달된다. Therefore, a part of the rotational force of the second rotational center axis A2 is transmitted to the second-first rotational member P1, the second-second rotational member P2, the second-third rotational member P3, And is transmitted to the
왕복회전식 양수장치(10)는, 제1 연동유닛(300)과 제2 연동유닛(400)에 의한 제1 양수유닛(100)과 제2 양수유닛(200) 간 회전력 전달에 의해 제1 회전수단(120) 및 제2 회전수단(220)의 가동에 사용되는 에너지가 최소화된다. The reciprocating
도 6에 도시된 바와 같이, 제1 암(130)과 제2 암(230)은, 제1 연동유닛(300)과 제2 연동유닛(400)에 의해 4분의 1주기 위상차를 유지하며 왕복회전한다. 6, the
도 6는 제1 회전중심축(A1)을 중심으로 왕복회전하는 제1 암(130)의 왕복회전운동과 제2 회전중심축(A2)을 중심으로 왕복회전하는 제2 암(230)의 왕복회전운동을 4분의 1주기 단위로 간략하게 도시한 도면이다. 6 is a diagram illustrating a reciprocal rotational movement of the
용이한 이해를 위해 도 6(a)에 도시된 상태를 제1주기, 도 6(b)에 도시된 상태를 제2주기, 도 6(c)에 도시된 상태를 제3주기, 도 6(d)에 도시된 상태를 제4주기로 지칭하여 설명하고자 한다. 6 (a) is referred to as a first cycle, the state shown in Fig. 6 (b) is referred to as a second cycle, the state shown in Fig. 6 (c) d) will be referred to as a fourth period.
도 6(a)에 도시한 바와 같이, 제1주기에서 제1 윙부재(110)가 반시계방향으로 회전하면 제1 암(130)은 (제1 윙부재(110)에 형성된 양력에 의해) 제1 회전중심축(A1)을 중심으로 시계방향으로 회전하며, 제2 윙부재(210)가 시계방향으로 회전하면 제2 암(230)은 (제2 윙부재(210)에 형성된 양력에 의해) 제2 회전중심축(A2)을 중심으로 반시계방향으로 회전하게 된다. 6A, when the
제1주기에서 제1 암(130)의 시계방향 회전력의 일부는 제1 연동유닛(300)을 통해 제2 윙부재(210)의 시계방향 회전력의 일부로 사용되고, 제2 암(230)의 반시계방향 회전력의 일부는 제2 연동유닛(400)을 통해 제1 윙부재(110)의 반시계방향 회전력의 일부로 사용된다. A part of the clockwise rotational force of the
도 6(b)에 도시한 바와 같이, 제2주기에서 제1 윙부재(110)가 반시계방향으로 회전하면 제1 암(130)은 제1 회전중심축(A1)을 중심으로 반시계방향으로 회전하며, 제2 윙부재(210)가 반시계방향으로 회전하면 제2 암(230)은 제2 회전중심축(A2)을 중심으로 반시계방향으로 회전하게 된다. 6 (b), when the
제2주기에서 제1 암(130)의 반시계방향 회전력의 일부는 제1 연동유닛(300)을 통해 제2 윙부재(210)의 반시계방향 회전력의 일부로 사용되고, 제2 암(230)의 반시계방향 회전력의 일부는 제2 연동유닛(400)을 통해 제1 윙부재(110)의 반시계방향 회전력의 일부로 사용된다. A part of the counterclockwise rotation force of the
도 6(c)에 도시한 바와 같이, 제3주기에서 제1 윙부재(110)가 시계방향으로 회전하면 제1 암(130)은 제1 회전중심축(A1)을 중심으로 반시계방향으로 회전하며, 제2 윙부재(210)가 반시계방향으로 회전하면 제2 암(230)은 제2 회전중심축(A2)을 중심으로 시계방향으로 회전하게 된다. 6 (c), when the
제3주기에서 제1 암(130)의 반시계방향 회전력의 일부는 제1 연동유닛(300)을 통해 제2 윙부재(210)의 반시계방향 회전력의 일부로 사용되고, 제2 암(230)의 시계방향 회전력의 일부는 제2 연동유닛(400)을 통해 제1 윙부재(110)의 시계방향 회전력의 일부로 사용된다. A part of the counterclockwise rotation force of the
도 6(d)에 도시한 바와 같이, 제4주기에서 제1 윙부재(110)가 시계방향으로 회전하면 제1 암(130)은 제1 회전중심축(A1)을 중심으로 시계방향으로 회전하며, 제2 윙부재(210)가 시계방향으로 회전하면 제2 암(230)은 제2 회전중심축(A2)을 중심으로 시계방향으로 회전하게 된다. 6 (d), when the
제4주기에서 제1 암(130)의 시계방향 회전력의 일부는 제1 연동유닛(300)을 통해 제2 윙부재(210)의 시계방향 회전력의 일부로 사용되고, 제2 암(230)의 시계방향 회전력의 일부는 제2 연동유닛(400)을 통해 제1 윙부재(110)의 시계방향 회전력의 일부로 사용된다. A part of the clockwise rotational force of the
도시되지는 않았으나, 한 쌍의 제1 실린더(140)와 한 쌍의 제2 실린더(240)로부터 유출구(G2)를 통해 각각 유출된 유체는 주관(主管)에서 합쳐져 저장조(21)로 이동하게 된다. Although not shown in the drawing, the fluids respectively flowing out from the pair of
도 4을 참조하면, 제1-1 실린더(140A)는 제2주기와 제3주기에서 내부 압력이 증가하여 유체를 주관으로 유출하고, 제1주기와 제4주기에서는 내부 압력이 감소하여 유체를 주관으로 유출하지 않는다. Referring to FIG. 4, in the first and
그리고 제1-2 실린더(140B)는 제2주기와 제3주기에서 내부 압력이 감소하여 유체를 주관으로 유출하지 않고, 제1주기와 제4주기에서는 내부 압력이 증가하여 유체를 주관으로 유출하게 된다. In the first cycle and the fourth cycle, the internal pressure of the first and
한편, 제2-1 실린더(240A)는 제1주기와 제2주기에서 내부 압력이 증가하여 유체를 주관으로 유출하고, 제3주기와 제4주기에서는 내부 압력이 감소하여 유체를 주관으로 유출하지 않는다. On the other hand, the second-1
그리고 제2-2 실린더(240B)는 제1주기와 제2주기에서 내부 압력이 감소하여 유체를 주관으로 유출하지 않고, 제3주기와 제4주기에서는 내부 압력이 증가하여 유체를 주관으로 유출하게 된다. In the second and
이에 따라, 한 쌍의 제1 실린더(140) 및 한 쌍의 제2 실린더(240)로부터 각각의 유출구(G2)를 통해 유출된 유체는 서로 4분의 1주기의 위상차를 형성하면서 주관에서 연속적으로 합쳐지게 되며, 주관에서 합쳐진 해수는 연속적인 흐름을 형성하게 된다. 연속적인 해수의 흐름은 관로 내 손실 수두를 감소시켜 양수되는 해수의 양이 증가하게 되는 이점이 있다. Accordingly, the fluids discharged from the pair of
도 7에 도시된 바와 같이, 왕복회전식 양수장치(10')는, 제1 윙부재(110)의 회전축(111) 및 제1 회전중심축(A1)이 수평방향으로 배치될 수도 있다. 7, the
제1 윙부재(110)는 제1 회전중심축(A1)을 기준으로 상하방향으로 왕복회전하게 되며, 따라서 제1 회전수단(120), 제1 암(130) 및 제1 실린더(140)가 모두 수면 아래에 배치된다. The
도 7에 도시된 왕복회전식 양수장치(10')는, 제1 윙부재(110)의 회전축(111)과 제1 회전중심축(A1)이 수평방향으로 배치된 점, 그리고 한 쌍의 제1 암(130)이 제1 회전중심축(A1)을 공유하며 왕복회전하는 점을 제외하면, 도 2 내지 도 4에 개시된 제1 양수유닛(100)과 실질적으로 동일한 원리로 작동된다. The reciprocating rotary pumping device 10 'shown in FIG. 7 has a structure in which the
본 발명에 의하면, 연안지역에 양수장치, 양식장치 및 발전장치가 순차적으로 연계하여 작동하는 시설을 마련함으로써, 연안의 조류에너지를 이용한 해수양수, 발전, 담수 및 어류양식이 융합된 시스템을 구축하여 삼면이 바다로 둘러싸인 대한민국의 풍부한 해양에너지 자원을 다목적으로 활용 가능하도록 이루어지는 조류에너지를 이용한 양수 발전 융합시스템을 제공할 수 있게 된다.According to the present invention, by providing a facility in which the pumping device, the aquaculture device and the power generation device sequentially operate in conjunction with each other in the coastal area, a system in which seawater is pumped, It is possible to provide a pumped-water power generation convergence system using algae energy that can utilize the abundant marine energy resources of the Republic of Korea surrounded by the sea on three sides in a multipurpose manner.
또한, 연동유닛이 한쪽 암의 회전력을 다른 한쪽 윙부재의 회전축으로 전달함으로써, 양수장치의 작동에 필요한 동력원의 공급이 최소화되도록 이루어지는 조류에너지를 이용한 양수 발전 융합시스템을 제공할 수 있게 된다.Further, it is possible to provide a pumped power generation convergence system using algae energy, in which the interlocking unit transmits the rotational force of one arm to the rotational axis of the other wing member, so that the supply of the power source necessary for operation of the pumping unit is minimized.
또한, 한 쌍의 제1 커넥팅로드가 제1 회전중심축을 기준으로 양쪽에서 각각 제1 암과 회전가능하게 결합됨에 따라, 양수된 물이 저장조를 향해 관로를 따라 흐르는 과정에서 손실 수두(loss of head)가 최소화되도록 이루어지는 조류에너지를 이용한 양수 발전 융합시스템을 제공할 수 있게 된다.Further, as the pair of first connecting rods are rotatably coupled with the first arm on both sides with respect to the first rotational center axis, in the course of the flow of the pumped water along the pipeline toward the reservoir, the loss of head Can be minimized by using the tidal energy.
또한, 제1 윙부재의 회전축은 유체 바깥에서 제1 암과 회전가능하게 결함됨으로써, 양수장치에 있어 유동에너지에 의해 양력을 형성하는 최소한의 구성만이 유체 내부에 배치되면서도, 비나 바람의 간섭에 의한 양수효율의 감소가 방지되도록 이루어지는 조류에너지를 이용한 양수 발전 융합시스템을 제공할 수 있게 된다.In addition, since the rotation axis of the first wing member is rotatably deflected from the first arm outside the fluid, only the minimum configuration for generating lift by the flow energy in the pumping device is disposed inside the fluid, It is possible to provide a pumped-water power generation convergence system using algae energy which is made to prevent decrease in the water-pumping efficiency caused by the pumping energy.
앞에서, 본 발명의 특정한 실시예가 설명되고 도시되었지만 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 일이다. 따라서, 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 기술적 사상이나 관점으로부터 개별적으로 이해되어서는 안되며, 변형된 실시예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, It is obvious to those who have. Accordingly, it should be understood that such modifications or alterations should not be understood individually from the technical spirit and viewpoint of the present invention, and that modified embodiments fall within the scope of the claims of the present invention.
1 : 융합시스템
10,10' : 양수장치
100 : 제1 양수유닛 200 : 제2 양수유닛
110 : 제1 윙부재 210 : 제2 윙부재
120 : 제1 회전수단 220 : 제2 회전수단
130 : 제1 암 230 : 제2 암
A1 : 제1 회전중심축 A2 : 제2 회전중심축
R1 : 제1 커넥팅로드 R2 : 제2 커넥팅로드
140 : 제1 실린더 240 : 제2 실린더
141 : 몸체 241 : 몸체
142 : 유입부 242 : 유입부
143 : 유출부 243 : 유출부
144 : 제1 피스톤 244 : 제2 피스톤
C1 : 제1 체크밸브 300 : 제1 연동유닛
C2 : 제2 체크밸브 400 : 제2 연동유닛
P1 : 제1-1 회전부재, 제2-1 회전부재 G1 : 유입구
P2 : 제1-2 회전부재, 제2-2 회전부재 G2 : 유출구
P3 : 제1-3 회전부재, 제2-3 회전부재 11 : 잔교
P4 : 제1-4 회전부재, 제2-4 회전부재 T1 : 공급관
20 : 양식장치 30 : 발전장치
21 : 저장조 31 : 발전기
22 : 보조양수기 32 : 수차
23 : 사육조 33 : 전력변환기
T2 : 배수관
40 : 담수화장치
T3 : 배출관1: Converging system
10,10 ': Pumping device
100: First Amplification Unit 200: Second Amplification Unit
110: first wing member 210: second wing member
120: first rotating means 220: second rotating means
130: first arm 230: second arm
A1: first rotation center axis A2: second rotation center axis
R1: first connecting rod R2: second connecting rod
140: first cylinder 240: second cylinder
141: Body 241: Body
142: inlet portion 242: inlet portion
143: outlet portion 243: outlet portion
144: first piston 244: second piston
C1: first check valve 300: first interlocking unit
C2: second check valve 400: second interlocking unit
P1: 1st-1st rotary member, 2nd-1st rotary member G1: Inlet
P2: first-second rotating member, second-2 rotating member G2:
P3: 1st-3rd rotating member, 2nd-3rd rotating member 11:
P4: the first to fourth rotation members, the second to fourth rotation members T1: the supply pipe
20: aquaculture device 30: electric generating device
21: storage tank 31: generator
22: auxiliary water pump 32: water pump
23: breeding tank 33: electric power converter
T2: Water pipe
40: Desalination unit
T3: discharge pipe
Claims (11)
상기 양수장치는,
유체 내에 배치되어 유체의 유동에너지에 의해 양력을 형성하는 제1 윙부재;
상기 제1 윙부재에 형성되는 양력의 방향이 주기적으로 전환되도록, 상기 제1 윙부재를 왕복회전시키는 제1 회전수단;
상기 제1 윙부재가 회전가능하게 결합되고, 상기 제1 윙부재의 양력에 의해 제1 회전중심축을 중심으로 왕복회전하는 제1 암; 및
상기 제1 암과 제1 커넥팅로드로 연결된 제1 피스톤의 왕복이동에 의해 내부압력이 주기적으로 증감하여 해수가 유입되고 유출되는 제1 실린더를 포함하는 것을 특징으로 하는 조류에너지를 이용한 양수 발전 융합시스템.A pumping system installed on the ocean coast and converting the flow energy of the fluid into mechanical energy to pump seawater; Aquaculture apparatus for the production of fish using seawater pumped into the pumping system; A power generator for converting the position energy of the seawater drained from the aquaculture apparatus into mechanical energy and generating electricity; And a desalination device operated by electric power of the power generation device and desalinating seawater pumped to the pumping device,
Wherein the pumping device comprises:
A first wing member disposed in the fluid and forming lift by the flow energy of the fluid;
First rotating means for reciprocally rotating the first wing member such that the direction of lifting force formed on the first wing member is periodically switched;
A first arm rotatably coupled to the first wing member and reciprocatingly rotated about a first rotation center axis by lift of the first wing member; And
And a first cylinder in which the internal pressure is periodically increased or decreased by reciprocating movement of the first piston connected to the first arm and the first connecting rod to allow the seawater to flow in and out. .
상기 양식장치는,
상기 양수장치로 양수된 해수를 저장하는 저장조;
지하수를 양수하여 상기 저장조로 공급하는 보조양수기; 및
상기 저장조에서 혼합된 해수와 지하수가 공급되어 물고기를 사육하는 사육조를 포함하는 것을 특징으로 하는 조류에너지를 이용한 양수 발전 융합시스템.The method according to claim 1,
The aquaculture apparatus comprises:
A reservoir for storing the seawater pumped into the pumping device;
An auxiliary water pump for supplying the ground water to the storage tank; And
And a breeding tank for breeding fish supplied with mixed seawater and groundwater in the storage tank.
상기 양수장치는 육상에서 바다로 돌출된 잔교(pier)에 설치되고, 공급관을 통해 상기 저장조로 양수된 해수를 공급하는 것을 특징으로 하는 조류에너지를 이용한 양수 발전 융합시스템.3. The method of claim 2,
Wherein the pumping device is installed at a pier protruding from the sea to the sea and supplies seawater pumped to the storage tank through a supply pipe.
상기 제1 윙부재의 회전축은 세로방향으로 형성되어 유체 바깥으로 연장되고,
상기 제1 암은 유체 바깥에서 상기 제1 윙부재의 회전축과 회전가능하게 결합되는 것을 특징으로 하는 조류에너지를 이용한 양수 발전 융합시스템.The method according to claim 1,
Wherein the rotation axis of the first wing member is formed in the longitudinal direction and extends outwardly of the fluid,
Wherein the first arm is rotatably coupled to the rotation axis of the first wing member outside the fluid.
상기 제1 실린더 및 상기 제1 커넥팅로드는 각각 한 쌍으로 구비되고,
상기 제1 커넥팅로드는, 상기 제1 실린더 간 내부압력 증감이 서로 역전되도록 상기 제1 회전중심축을 기준으로 양쪽에서 각각 상기 제1 암과 회전가능하게 결합되며,
상기 제1 실린더로부터 각각 유출되어 주관(主管)에서 합쳐진 해수는 상기 주관에서 연속적인 흐름을 형성하는 것을 특징으로 하는 조류에너지를 이용한 양수 발전 융합시스템.The method according to claim 1,
Wherein the first cylinder and the first connecting rod are each provided as a pair,
The first connecting rod is rotatably coupled with the first arm on both sides of the first rotation center axis so that the first inter-cylinder internal pressure increase and decrease are reversed,
And the seawater discharged from the first cylinder and merged at the main pipe forms a continuous flow in the main pipe.
상기 제1 실린더는,
상기 제1 피스톤이 왕복이동하는 몸체;
상기 몸체와 연결되고, 상기 제1 실린더의 내부압력 증가시 해수의 유출을 차단하는 제1 체크밸브가 설치된 유입부; 및
상기 몸체와 연결되고, 상기 제1 실린더의 내부압력 감소시 해수의 유입을 차단하는 제2 체크밸브가 설치된 유출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 조류에너지를 이용한 양수 발전 융합시스템.The method according to claim 1,
Wherein the first cylinder comprises:
A body through which the first piston reciprocates;
An inflow portion connected to the body and provided with a first check valve for blocking the outflow of seawater when the internal pressure of the first cylinder is increased; And
And a second check valve connected to the body for blocking inflow of seawater when the internal pressure of the first cylinder is reduced.
유체 내에 배치되어 유체의 유동에너지에 의해 양력을 형성하는 제2 윙부재;
상기 제2 윙부재에 형성되는 양력의 방향이 주기적으로 전환되도록, 상기 제2 윙부재를 왕복회전시키는 제2 회전수단;
상기 제2 윙부재가 회전가능하게 결합되고, 상기 제2 윙부재의 양력에 의해 제2 회전중심축을 중심으로 왕복회전하는 제2 암; 및
상기 제2 암과 제2 커넥팅로드로 연결된 제2 피스톤의 왕복이동에 의해 내부압력이 주기적으로 증감하여 해수가 유입되고 유출되는 제2 실린더를 포함하고,
상기 제1 암과 상기 제2 암은, 서로 일정한 위상차를 유지하며 왕복회전하는 것을 특징으로 하는 조류에너지를 이용한 양수 발전 융합시스템.The method according to claim 6,
A second wing member disposed in the fluid and forming lift by the flow energy of the fluid;
Second rotating means for reciprocatingly rotating the second wing member such that the direction of lifting force formed on the second wing member is periodically switched;
A second arm rotatably coupled to the second wing member and reciprocatingly rotated about a second rotation center axis by lift of the second wing member; And
And a second cylinder through which the internal pressure is periodically increased or decreased by the reciprocating movement of the second piston connected to the second arm and the second connecting rod to allow the seawater to flow in and out,
Wherein the first arm and the second arm reciprocate while maintaining a constant phase difference from each other.
상기 제1 암의 회전력을 상기 제2 윙부재의 회전축으로 전달하는 제1 연동유닛; 및
상기 제2 암의 회전력을 상기 제1 윙부재의 회전축으로 전달하는 제2 연동유닛을 포함하고,
상기 제1 암과 상기 제2 암은, 상기 제1 연동유닛과 상기 제2 연동유닛에 의해 서로 일정한 위상차를 유지하며 왕복회전하는 것을 특징으로 하는 조류에너지를 이용한 양수 발전 융합시스템.9. The method of claim 8,
A first interlocking unit for transmitting the rotational force of the first arm to a rotation axis of the second wing member; And
And a second interlocking unit for transmitting the rotational force of the second arm to the rotation axis of the first wing member,
Wherein the first arm and the second arm reciprocally rotate while maintaining a predetermined phase difference from each other by the first interlocking unit and the second interlocking unit.
상기 제2 실린더 및 상기 제2 커넥팅로드는 각각 한 쌍으로 구비되고,
상기 제2 커넥팅로드는, 상기 제2 실린더 간 내부압력 증감이 서로 역전되도록 상기 제2 회전중심축을 기준으로 양쪽에서 각각 상기 제2 암과 회전가능하게 결합되며,
상기 제1 실린더 및 상기 제2 실린더로부터 각각 유출되어 주관(主管)에서 합쳐진 해수는, 상기 주관에서 연속적인 흐름을 형성하는 것을 특징으로 하는 조류에너지를 이용한 양수 발전 융합시스템.9. The method of claim 8,
The second cylinder and the second connecting rod are each provided as a pair,
The second connecting rod is rotatably coupled to the second arm on both sides of the second rotation center axis so that the second inter-cylinder internal pressure increase and decrease are reversed,
Wherein the seawater discharged from the first cylinder and the second cylinder and merged in the main pipe forms a continuous flow in the main pipe.
상기 제1 연동유닛은, 상기 제1 회전중심축에 결합되어 상기 제1 암에 의해 왕복회전하는 제1-1 회전부재; 상기 제2 회전중심축에 공회전가능하게 결합되고, 상기 제1-1 회전부재와 연동하여 회전하는 제1-2 회전부재; 및 상기 제2 윙부재의 회전축에 결합되고, 상기 제1-2 회전부재와 연동하여 회전하는 제1-3 회전부재를 포함하고,
상기 제2 연동유닛은, 상기 제2 회전중심축에 결합되어 상기 제2 암에 의해 왕복회전하는 제2-1 회전부재; 상기 제1 회전중심축에 공회전가능하게 결합되고, 상기 제2-1 회전부재와 연동하여 회전하는 제2-2 회전부재; 및 상기 제1 윙부재의 회전축에 결합되고, 상기 제2-2 회전부재와 연동하여 회전하는 제2-3 회전부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 조류에너지를 이용한 양수 발전 융합시스템.10. The method of claim 9,
The first interlocking unit includes a first rotating member coupled to the first rotating center shaft and reciprocatingly rotated by the first arm; A first-second rotating member coupled to the second rotating center shaft so as to idle and rotating in association with the first-rotating member; And a first-third rotating member coupled to a rotating shaft of the second wing member and rotating in association with the first-second rotating member,
The second interlocking unit includes a second-1 rotating member coupled to the second rotating center shaft and reciprocatingly rotated by the second arm; A second-2 rotatable member coupled to the first rotation center shaft so as to be idle and rotated in association with the second-1 rotatable member; And a second-third rotating member coupled to a rotating shaft of the first wing member and rotating in association with the second-second rotating member.
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